鐵竹線粒體基因組

日期：2012-02-20 08:50:40

來自中國科學院昆明植物研究所的研究人員發表了題為“Rapid Sequencing of the Bamboo Mitochondrial Genome Using Illumina Technology and Parallel Episodic Evolution of Organelle Genomes in Grasses”的文章，利用第二代測序技術Illumina測定了6種竹子的葉綠體基因組全序列，并且發現Illumina測序序列中還包含了大量來自線粒體基因組的序列，相關成果公布在PLoS ONE雜志上。

這項研究由中國科學院昆明植物研究所博士生馬朋飛在李德銖研究員和郭振華研究員的指導下完成，得到了國家自然科學基金項目（31170204）、中國科學院知識創新工程項目（KSCX-YW-N-029和KSCX2-YW-N-067）和云南省創新團隊的支持。

同動物的線粒體基因組相比，植物的線粒體基因組有著十分獨特的進化方式，如具有較大的基因組、極低的分子進化速率和相對較頻繁的基因組結構上的變異等特性。目前，植物線粒體基因組大都通過傳統的Sanger法進行測序，需要耗費大量的人力和物力，嚴重限制了植物線粒體基因組的測序，進而導致對其獨特進化方式的研究進展緩慢。第二代測序技術的出現為大規模測序基因組序列提供了可能，這些技術現已成功應用于植物葉綠體基因組的測序，但是其在植物線粒體基因組測序上的應用尚缺乏深入的研究。

在這篇文章中，研究人員利用第二代測序技術Illumina測定了6種竹子的葉綠體基因組全序列，并且發現Illumina測序序列中還包含了大量來自線粒體基因組的序列，這些序列是否可以通過拼接而獲得較完整的線粒體基因組序列，從而為測序植物線粒體基因組提供新的途徑？該研究選取了其中的裂籜鐵竹（Ferrocalamus rimosivaginus）進行拼接，共得到432,839 bp的序列，分布于13個scaffolds和1個contig上，測序覆蓋度為39.5×。與已知的禾本科植物線粒體基因組相比，幾乎所有的線粒體編碼基因都在拼接序列中得到了注釋。此外，通過PCR利用傳統的Sanger測序法對所拼接序列進行了大規模的驗證，證實了拼接序列的可靠性和準確性，利用第二代測序技術測序植物線粒體基因組將是一種行之有效的新方法。

此外，該研究還基于31個線粒體蛋白質編碼基因構建了21種被子植物的系統發育樹，并且系統關系得到了很高的支持。線粒體序列所構建的系統關系同基于葉綠體序列所得到的系統關系幾乎一致，但是在禾本科BEP的單系問題上，兩者所支持的系統關系存在著嚴重沖突，進一步的分析表明這一沖突可能是由線粒體系統樹中的長枝吸引所造成的。基于所構建的系統樹，探討了禾本科線粒體基因組序列的進化速率在進化歷史中的變化，發現在禾本科分化之前其線粒體基因組序列有著相對較快的進化速率，約為其分化之后進化速率的4倍。這一分子進化速率的變化同禾本科葉綠體基因組有著相似的進化模式，對于這種現象的解釋還需要作進一步的研究。